시계가 없던 옛날에는 어떻게 시간을 알 수 있었을까요?

우리에게 시간을 알려준 최초의 자연시계는 해입니다. 해를 이용한 그림자의 길이에 따라 시간을 알 수 있었습니다. 비 오는 날이나 밤에는 일정한 속도로 떨어지는 물을 이용하고, 별의 움직임이나 달의 움직임을 보고 시간을 알아냈습니다. 또 모래를 이용하여 일정하게 떨어지는 모래의 양을 보고도 시간을 알 수 있었습니다.

SZ-F-R-005(Rev.3)                                                                                                      호기심의 시작 사이언스존                                                                                                     A4(210mm ×297mm)

◎ 미리생각해보기

◎ 실험 전 주의사항!

1. 실험에 포함된 작은 부품이나 시약 등은 삼키지 않도록 주의합니다.

2. 실험에 포함된 준비물은 실험 외 다른 용도로 절대 사용하지 않도록 합니다.

3. 실험용 도구와 시약으로 절대 장난치지 않도록 합니다.

4. 날카로운 도구를 사용할 때는 다치지 않도록 주의합니다.

5. 실험 후에는 주변을 정리하고 손을 깨끗이 씻습니다.

◎ 실험 전 반드시 확인하기!

7Φ빨대를 3cm크기(5개)로 잘라 미리 준비합니다.

1. 우드락보드를 10x30이 되도록 반으로 자릅니다. (주의! 칼 사용시, 다치지 않도록 주의합니다.)	2. 자를 이용하여, 0.5/ 7.5/ 8.5/ 13.5/ 14.5/ 17.5cm 위치에 그림과 같이 점을 찍습니다.

◎ 실험방법

3. 또 다른 우드락보드는 10x8/10x6/10x4의 크기로 자릅니다. (주의! 칼 사용시, 다치지 않도록 주의합니다.)	4. 수수깡을 1인 기준 15cm(4개)/13cm(4개)/ 10cm(4개)를 자릅니다.

SZ-F-R-005(Rev.3)                                                                                                      호기심의 시작 사이언스존                                                                                                     A4(210mm ×297mm)

5. 잘라놓은 수수깡의 밑면에 양면테이프를 붙입니다.	6. 그림과 같이 10*8 우드락보드에 15cm수수깡을, 10x6 우드락보드에 13cm수수깡을, 10x4 우드락보드에 10cm수수깡을 붙입니다.

7. 10x4 우드락보드 가운데에 송곳을 이용하여 5Φ 빨대가 들어갈 정도의 구멍을 뚫습니다. (주의! 송곳 사용시, 다치지 않도록 주의합니다.)	8. 2번에서 표시한 위치를 기준으로 6~7번에서 만든 우드락보드를 그림과 같이 붙입니다.

9. 20cc 투약병 앞면의 3cc의 가운데 부분, 뒷면의 20cc의 가운데 부분, 밑면의 정가운데 구멍을 뚫어줍니다. (주의! 눈금이 많은 부분이 앞면입니다.) (주의! 송곳 사용시, 다치지 않도록 주의합니다.)	10. 30cc 투약병 앞면의 30cc의 가운데 부분, 뒷면의 10cc의 가운데 부분에 구멍을 뚫어줍니다. (주의! 송곳 사용시, 다치지 않도록 주의합니다.)

13. 20cc 투약병 바닥에 5Φ빨대를 끼워 넣은 후 앞부분을 구부려 그림과 같이 잘라줍니다.	14. 빨대의 긴부분을 아래에서 10cm위치 정도를 적당한 길이로 잘라 정리합니다.

11. 60cc 투약병 20cc의 가운데 부분에 구멍을 뚫어줍니다. (주의! 송곳 사용시, 다치지 않도록 주의합니다.)	12. 송곳으로 뚫은 구멍을 연필이나 펜을 이용하여 확장시킵니다. (주의! 송곳 사용시, 다치지 않도록 주의합니다.)

15. 4Φ빨대를 6cm 길이로 3등분 합니다.	16. 그림과 같이 잘라놓은 4Φ빨대를 끼워 투약병을 연결합니다.

17. 빨대가 연결된 모든 부분에 고무찰흙을 이용하여 꼼꼼히 막아줍니다.	18. 미리 만들어 놓은 자격루의 몸체에 양면테이프를 이용하여 투약병을 붙여줍니다.

19. 투명관의 11cm길이에 송곳을 이용하여 구멍을 뚫어준 후 4Φ빨대가 들어 갈 수 있도록 연필이나 펜을 이용하여 구멍을 확장시킵니다.	20. 고무마개를 잘라낸 후 7Φ빨대를 끼웁니다. 4Φ빨대를 사선으로 자르고 스티로폼볼을 끼웁니다. 색종이를 이용하여 깃대를 만들어줍니다. 그림과 같은 순서로 투명관에 연결합니다.

21. 반대쪽 투명관에 고무마개를 끼웁니다.	22. 투명관에 뚤은 구멍에 20cc투약병의 4Φ빨대를 끼우고 고무찰흙을 이용하여 꼼꼼히 막아줍니다.

23. 20cc투약병 밑의 빨대가 나온 부분에 종이컵을 넣어 준 후 제일 위쪽 투약병에 물을 부어 관찰합니다.

◎ 실험결과 및 생각해보기

1. 자격루의 가장 위쪽에 물을 부어 주면 어떻게 되나요?

⇒ 위에서 아래쪽으로 물이 내려가면서 가장 마지막의 투명관 안으로 물이 이동하여 깃발을       붙인 빨대가 올라옵니다.

2. 물을 더 부어주면 20cc투약병 속의 물은 어떻게 되나요? 이유가 무엇인지 선생    님과 함께 이야기해 보고 간단히 적어보세요.

⇒ 투명관 쪽으로 물을 보내주다가 투명관의 물이 가득차면 20cc 투약병에도 물이 차기 시        작합니다. 하지만 어느 정도 차오르다가 아래쪽으로 물이 빠져버립니다. 이렇게 물이 차        다가 아래로 빠져버리는 이유는 가운데 있는 빨대 때문입니다. 구부러진 빨대보다 아래        쪽에 물이 있을 때는 빨대로 물이 들어가지 않기 때문에 물이 밑으로 빠지지 않다가 구        부러진 빨대위로 물이 차오르기 시작하면 긴 빨대 안으로도 물이 들어가게 됩니다. 빨대        안으로 들어간 물은 중력에 의해 밖으로 빠져나가게 되는 것입니다. 이때 물이 빠진 만        큼 긴 빨대 안쪽은 진공상태가 됩니다. 빨대 안쪽의 압력과 바깥 공기와의 압력이 달라        져 짧은 빨대 안쪽으로 물이 계속 들어가게 되어 투약병 안의 대부분의 물이 빠지게 됩        니다.

3. 만들어 놓은 자격루의 투명관의 마개를 열고 물을 부어보면 투명관 안의 물은 어떻게 될     까요?

⇒ 투명관의 뚜껑을 열어 놓고 실험을 해도 투명관 속의 물은 넘치지 않습니다.

◎ 원리이해

1. 자격루

해시계는 여러 모로 훌륭했지만, 해가 지면 작동할 수 없고 날씨가 흐리면 쓸모

가 없어지는 단점이 있었습니다. 그래서 빛이 없어도 시간을 측정할 수 있는 물시

계가 만들어졌습니다. 물시계는 삼국시대부터 만들어 사용되었습니다. 처음 탄생한

물시계는 사람이 계속 지키면서 흘러내리는 물의 양에 따라 눈금을 새긴 잣대가 떠

오르는 것을 보고 종을 쳐서 시간을 알렸습니다. 종은 하루에 두 번 쳤는데(오후 6

시, 오전4시), 사람이 꼼짝 않고 지키다 시간을 알리는 건 보통 힘든 일이 아니었습

니다. 이러한 불편함을 없애기 위해 세종 6년, 장영실이 자동으로 시간을 알려 주는

자동 물시계를 만들어냈습니다. 이 자동 물시계를 ‘자격루’라고 하며 자격루는 나무

로 만든 인형이 종과 북, 징을 쳐서 밤 시간을 알리고 시를 알리는 팻말을 보여주어

시간의 경과를 자동으로 알려줍니다.

2. 자격루의 원리

자격루는 높은 곳에서 물을 공급하는 물통(파수호) 4개와, 그 밑에 물을 받는 물통

(수수호) 2개로 이루어져 있습니다. 수수호에 고이는 물이 점점 높아지는 데 따라 시

간 잣대가 위로 떠오르게 되고 그것이 쇳덩어리를 받치고 있는 받침판을 떠밀어 주

어 구리로 된 구슬이 굴러 떨어집니다. 떨어지는 구슬이 동판 한 쪽을 치면 나무로

된 인형이 종과 북·징을 쳐서 시보장치를 움직입니다. 종을 치는 순간, 시보장치 속

의 12지 동물이 뻐꾸기 시계처럼 작은 구멍으로 나오도록 함으로써 몇 시인지 알려

주게 됩니다.

자격루는 물 항아리의 크기에 따라 파수호를 대파수호, 중파수호, 소파수호로 구분

하며, 이 세 곳의 파수호를 거쳐 나온 물이 수수호에 일정하게 채워지면서 수수호

에 있는 잣대가 위로 떠오릅니다. 이것은 부력의 원리를 이용한 것으로, 자격루가 시

계의 역할을 하기 위해서는 수수호에 일정하게 물이 채워지는 것이 매우 중요합니

다. 물을 일정하게 흐르게 하는 핵심은 바로 소파수호로, 대파수호와 수수호 사이에

소파수호를 둠으로써 이곳에 늘 물이 가득 차게 하여 물의 높이를 일정하게 만들어

준 것입니다. 이렇게 해서 수수호에 물이 일정한 간격으로 채워집니다.

<출처-두산백과>

학습목표

옛 조상들의 지혜를 엿볼 수 있는

자격루를 만들어 봅니다.

실험날짜          년      월      일

학년   반    이름 :

시계가 없던 옛날에는 어떻게 시간을 알 수 있었을까요?

◎ 미리생각해보기

20*30 우드락보드(1장), 수수깡(5개), 4Φ빨대(2개), 5Φ빨대(1개), 7Φ빨대, 고무찰흙(2개), 60cc투약병(1개), 30cc투약병(1개), 20cc투약병(1개), 15cm투명관(1개), 고무마개(2개), 스티로폼볼(1개), 2.5oz종이컵(1개), 양면테이프

[직접준비하세요! 송곳, 가위, 30cm자, 펜, 칼, 투명테이프, 색종이]

◎ 실험준비물

1. 자격루의 가장 위쪽에 물을 부어 주면 어떻게 되나요?

2. 물을 더 부어주면 20cc투약병 속의 물은 어떻게 되나요?

3. 만들어 놓은 자격루의 투명관의 마개를 열고 물을 부어보면 투명관 안의 물은 어떻게 될까요?

◎ 실험결과 및 생각해보기

◎ 새롭게 알게 된 사실

◎ 느낀점